Вопрос 14. Вах идеализированного p-n перехода.

Вах идеализированной модели (учет только токов диффузии) показана на рисунке. При Uпр>(35)T , При Uобр>(35)T , I=Io f(UОБР)

Тепловой ток через концентрации неосновных зарядов сильно зависит от собственных концентраций, а следовательно от ширины ЗЗ и температуры (название – тепловой).

. (2.47)

Ge: n_i²=10²⁶ см^6, Si: n_i²=10²⁰ см^6

- отношение токов при прочих равных условиях.

Кремниевые диоды имеют в 1 млн. раз меньше тепловой ток, чем германиевые – этим объясняется их преимущество.

Типовые значения тепловых токов

Si: Io=10^1510^12 A.

Ge: Io=10^910^6 A.

Противоречие p-n перехода:

Для уменьшения обратного (теплового) тока I₀ необходимо увеличивать высоту потенциального барьера Δφ₀ или ширину запрещённой зоны Δφ_з – это приводит к увеличению прямого напряжения.

Для уменьшения прямого напряжения необходимо уменьшать Δφ₀ и Δφ_з – это приводит к росту I_0.

Вопрос 15. Прямая ветвь вах реального диода. Схема замещения диода при прямом включении. Тк Uпр

Из-за влияния двух факторов реальная кривая тока более пологая, чем дает идеализированная модель. Чтобы сохранить исходную математическую экспоненциальную модель, которая соответствует основным физическим процессам в p-n переходе, в идеализированную модель вносят поправочный коэффициент m=1,5÷6. ,

По теоретической характеристике идеализированная кривая не может проходить правее высоты потенциального барьера (U_ПР<Δφ₀=0,7В), а реальные (экспериментальные, справочные) имеют значения до 1,5 В для мощных диодов.

Схема замещения

Линеаризованная математическая модель диода

где r_пр=U/I – среднее дифференциальное сопротивление диода.

Si: E_np=(0,3÷0,5)В, Ge: E_np=(0,1÷0,2)В. Линейно – аппроксимированный график достаточно точно совпадает с ВАХ диода при U>Е_ПР и при U<Е_ПР ( и в области U<0, при допущении I_ОБР0).

Дифференциальное сопротивление p-n перехода.

Кусочно-линейная аппроксимация прямой ветви ВАХ диода дает простые и точные результаты на участках, где ломаная прямая (отрезки) приближается к реальной ВАХ. Часто в соответствии с теорией нелинейных электрических цепей диод заменяется эквивалентным линейным резистором. Для расчета на постоянном токе ( в точке покоя 0) применяют параметр R_СТ статическое сопротивление. На переменном сигнале, величина которого на порядок меньше постоянных составляющих, применяют дифференциальное (динамическое) сопротивление.

Графическое определение:

R_СТ=U₀/I₀- статическое сопротивление.

-дифференциальное сопротивление

Аналитически:

В области малых токов r_ДИФ_Т/I_ПР, при увеличении тока сопротивление уменьшается и стремится к r_Б. Без учета r_Б:

φ_T=25мВ

I=1мкА r_ДИФ =25кОм.

I=1мА r_ДИФ=25 Ом

I=1А r_ДИФ =0,025Ом